Proses Pembuatan Baja

Baja karbon diproduksi didalam dapur pengolahan baja dari besi kasar baik padat maupun cair, besi bekas dan beberapa paduan logam. Ada beberapa proses pembuatan baja karbon antara lain :

1.     Proses Konvertor

Terdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap kesamping.

Sistem kerja

§  Dipanaskan dengan kokas sampai ± 1500 0C,

§  Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja. (± 1/8 dari volume konvertor)

§  Kembali ditegakkan.

§  Udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dihembuskan dari kompresor.

§  Setelah 20-25 menit konvertor dijungkirkan untuk mengelaurkan hasilnya.

Proses konvertor terdiri dari:

§  Proses Bassemer (asam)

Lapisan bagian dalam terbuat dari batu tahan api yang mengandung kwarsa asam atau aksid asam (SiO2), Bahan yang diolah besi kasar kelabu cair, CaO tidak ditambahkan sebab dapat bereaksi dengan SiO2,   

SiO2 + CaO à CaSiO3

 

 

 

§  Proses Thomas (basa)

Lapisan dinding bagian dalam terbuat dari batu tahan api bisa atau dolomit [kalsium karbonat dan magnesium (CaCO3 + MgCO3)], besi yang diolah besi kasar putih yang mengandung P antara 1,7 – 2 %, Mn 1 – 2 % dan Si 0,6-0,8 %. Setelah unsur Mn dan Si terbakar, P membentuk oksida phospor (P2O5), untuk mengeluarkan besi cair ditambahkan zat kapur (CaO),

3     CaO + P2O5 à Ca3(PO4)2 (terak cair)

 

2.    Proses Siemens Martin 

Menggunakan sistem regenerator (± 3000 0C.). Fungsi dari regenerator adalah:

§  Memanaskan gas dan udara atau menambah temperatur dapur

§  Sebagai Fundamen/ landasan dapur

§  Menghemat pemakaian tempat

§  Bisa digunakan baik besi kelabu maupun putih,

§  Besi kelabu dinding dalamnya dilapisi batu silika (SiO2),

§  Besi putih dilapisi dengan batu dolomit (40 % MgCO3 + 60 % CaCO3)

 

3.    Proses Basic Oxygen Furnace (BOF)

§  Logam cair dimasukkan ke ruang baker (dimiringkan lalu ditegakkan)

§  Oksigen (± 1000) ditiupkan lewat Oxygen Lance ke ruang bakar dengan kecepatan tinggi. (55 m3 (99,5 %O2) tiap satu ton muatan) dengan tekanan 1400 kN/m2.

§  Ditambahkan bubuk kapur (CaO) untuk menurunkan kadar P dan S.

 

Keuntungan dari BOF adalah:

§  BOF menggunakan O2 murni tanpa Nitrogen

§  Proses hanya lebih-kurang 50 menit.

§  Tidak perlu tuyer di bagian bawah

§  Phosphor dan Sulfur dapat terusir dulu daripada karbon

§  Biaya operasi murah

 

4.     Proses Dapur Listrik

Temperatur tinggi dengan menggunakan busur cahaya electrode dan induksi listrik.

Keuntungan :

§  Mudah mencapai temperatur tinggi dalam waktu singkat

§  Temperatur dapat diatur

§  Efisiensi termis dapur tinggi

§  Cairan besi terlindungi dari kotoran dan pengaruh lingkungan sehingga kualitasnya baik

§  Kerugian akibat penguapan sangat kecil

 

5.    Proses Dapur Kopel

Mengolah besi kasar kelabu dan besi bekas menjadi baja atau besi tuang.

Proses :

§  Pemanasan pendahuluan agar bebas dari uap cair.

§  Bahan bakar (arang kayu dan kokas) dinyalakan selama ± 15 jam.

§  Kokas dan udara dihembuskan dengan kecepatan rendah hingga kokas mencapai 700 – 800 mm dari dasar tungku.

§  Besi kasar dan baja bekas kira-kira 10 – 15 % ton/jam dimasukkan.

§  15 menit baja cair dikeluarkan dari lubang pengeluaran.

Untuk membentuk terak dan menurunkan kadar P dan S ditambahkan batu kapur (CaCO3) dan akan terurai menjadi akan bereaksi dengan karbon:

Gas CO yang dikeluarkan melalui cerobong, panasnya dapat dimanfaatkan untuk pembangkit mesin-mesin lain.

6.     Proses Dapur Cawan

§  Proses kerja dapur cawan dimulai dengan memasukkan baja bekas dan besi kasar dalam cawan,

§  Kemudian dapur ditutup rapat.

§  Kemudian dimasukkan gas-gas panas yang memanaskan sekeliling cawan dan muatan dalam cawan akan mencair.

§  Baja cair tersebut siap dituang untuk dijadikan baja-baja istimewa dengan menambahkan unsur-unsur paduan yang diperlukan.

 

 Gambar 2. Bagan Proses Pembuatan Baja

Proses pembuatan baja karbon dimulai dengan proses ekstraksi bijih besi. Proses reduksi umumnya terjadi di dalam tanur tiup (blast furnace) di mana di dalamnya bijih besi (iron ore) dan batu gamping (limestone) yang telah mengalami pemanggangan (sintering) diproses bersama-sama dengan kokas (cokes) yang berasal dari batubara. Serangkaian reaksi terjadi di dalam tanur pada waktu dan lokasi yang berbeda-beda, tetapi reaksi penting yang mereduksi bijih besi menjadi logam besi adalah sebagai berikut:

Fe2O3 + 3CO à 2Fe + 3CO2

Gambar 3. Proses Peleburan Besi

Luaran utama dari proses ini adalah lelehan besi mentah (molten pig iron) dengan kandungan karbon yang cukup tinggi (4% C) beserta pengotor-pengotor lain seperti silkon, mangan, sulfur, dan fosfor . Besi mentah ini belum dapat dimanfaatkan secara langsung untuk aplikasi rekayasa karena sifat-sifat (mekanis)-nya belum sesuai dengan yang dibutuhkan karena pengotor-pengotor tersebut. Besi mentah berupa lelehan atau coran selanjutnya dikirim menuju converter yang akan mengkonversinya menjadi baja.

Proses pembuatan baja karbon umumnya berlangsung di tungku oksigen-basa (basic-oxygen furnace). Di dalam tungku ini besi mentah cair dicampur dengan 30% besi tua (scrap) yang terlebih dahulu dimasukkan ke dalam tanur. Selanjutnya, oksigen murni ditiupkan dari bagian atas ke dalam leburan, bereaksi dengan Fe membentuk oksida besi FeO. Beberapa saat sebelum reaksi dengan oksigen mulai berlangsung, fluks pembentuk slag dimasukkan dalam jumlah tertentu.

Oksida besi atau FeO selanjutnya akan bereaksi dengan karbon di dalam besi mentah sehingga diperoleh Fe dengan kadar karbon lebih rendah dan gas karbon monoksida. Reaksi penting yang terjadi di dalam tungku adalah sebagai berikut:

FeO + C à Fe + CO

Selama proses berlangsung (sekitar 22 menit), terjadi penurunan kadar karbon dan unsur-unsur pengotor lain seperti P, S, Mn, dalam jumlah yang signifikan.

Sumber:

https://tsffarmasiunsoed2012.wordpress.com/2012/05/24/proses-pembuatan-baja-karbon/
http://charis7512.blogspot.co.id/2014/05/dapur-pengolah-besi-dan-baja.html
http://esyasuryalovedha.blogspot.co.id/2012/11/roses-reduksi-langsung-direct-reduction.html